Numerical modeling of the plasma parameters, generated during electron beam welding

Numerical modeling of the plasma parameters, generated during electron beam welding

 

It is described a model of plasma formation in the crater in liquid metal as well as above electron beam welding zone. Model is based on solution of two equations for density of electrons and mean electron energy. The mass transfer of plasma heavier particles (neutral atoms, excited atoms and ions) is taken in the analysis by diffusion equation for multicomponent mixture. Electrostatic field is calculated by Poisson equation. On crater wall is calculated thermion electron emission. Ionization intensity of vapor by beam electrons and high-energy secondary and back-scattered electrons is calibrated using plasma parameters in the case of lack of polarized collector electrode above welding zone. The calculated data are in good agreement with experimental ones. The results of plasma parameters in the case of excitation of non-independent discharge are given. There is shown need to take in account effect strong electric field in the crater near the crater wall on electron emission (effect Schottky) at calculation of current non-independent discharge. Calculated electron draft velocities much bigger than velocity, at which is arising current instabilities. This confirm assumed idea for beginning ion-acoustic instabilities, observed also experimentally.

 

Описан е модел на формирането на плазма в кратера в течния метал над зоната на заваряване с електронен лъч. Моделът се основава на решаване на две уравнения за електроните и за средната електронна енергия. Масовия пренос от тежките плазмени частици (неутрални атоми, възбудени атоми и йони) е анализиран от дифузионното уравнение за много-компонентна смес. Електростатичното поле се пресмята с уравнението на Поасон. Термоелектронна емисия от стените на кратера се отчита. Интензитета на йонизация на парите от електроните на снопа и от обратно-отразените електрони се калибрира, използвайки параметрите на плазмата в отсъствие на колектиращ електрод над зоната на заваряване. Пресметнатите данни са в добро съответствие с експерименталните данни. Дадени са плазмените параметри, пресметнати при възбуждане на не-самостоятелен разряд. Показана е необходимостта да се отчита силното електрическо поле около стените на кратера върху електронната емисия (ефект на Шотки) при пресмятане на несамостоятелния разряд. Пресметнатите дрейфови скорости на електроните са много по-високи от скоростите, при които възникват токови неустойчивости. Това подкрепя представата за възбуждане на йонно-акустични вълни, които са наблюдавани и експериментално.

 

Download PDF full text